6.4 Druckverteilung in den mikrovaskulären Betten
Der Druckgradient in den mikrovaskulären Betten hat sich als einer der kritischsten Flüssigkeitsparameter bei der Regulierung des Flusses in diesen Gefäßen erwiesen (die Flüssigkeitsgeschwindigkeit ist in diesen Gefäßen so langsam, dass kleine Druckänderungen große Änderungen der Flussbedingungen, einschließlich Geschwindigkeit, Scherspannung und Scherrate, verursachen können). Der Druckgradient in mikrovaskulären Betten wurde experimentell mit zwei Strömungssonden gemessen, die in verschiedene Verzweigungen des Netzes eingeführt wurden. Durch Kenntnis des Abstands zwischen diesen Sonden und der von den Sonden gemessenen Druckwerte kann ein Druckgradient berechnet werden. Mit abnehmendem Durchmesser des Blutgefäßes im Gefäßnetz (z. B. von den Arteriolen zu den Kapillaren) nimmt der Druckgradient deutlich zu. Wenn der Durchmesser des Blutgefäßes zunimmt (Kapillaren zu Venolen), verringert sich der Druckgradient wieder. Dies lässt sich durch die raschen Änderungen des hydrostatischen Drucks in den präkapillären Arteriolen erklären, die durch die Verengung oder Dilatation des präkapillären Schließmuskels verursacht werden.
Im Gegensatz dazu ist der hydrostatische Druck auf der arteriolären Seite relativ konstant, bis sich die Blutgefäße einem Durchmesser von etwa 40 μm nähern. Daher ist der Druckgradient in diesen Gefäßen relativ gering (siehe Abbildung 5.26, die zeigt, dass der mittlere arterielle Druck in Gefäßen, die größer als Kapillaren sind, sowohl auf der arteriellen als auch auf der venösen Seite des Kreislaufs relativ stabil ist). Gefäße mit einem Durchmesser im Bereich von 40 μm finden sich typischerweise ein bis zwei Verzweigungen stromaufwärts der Metarteriole/des präkapillaren Schließmuskels. Bei Arteriolen mit einem Durchmesser von 15-40 μm kommt es zu einem raschen Druckabfall auf etwa 30 mmHg, was mit einem raschen Anstieg des Druckgradienten im gesamten Gefäß einhergeht. Dieser rasche Druckabfall erfolgt, damit die Blutgeschwindigkeit langsam genug ist, um den Austausch von Nähr- und Abfallstoffen in den Kapillaren zu ermöglichen, während das Blut gleichzeitig schnell in die Kapillaren geleitet wird. Beachten Sie, dass die Schwankungen des mittleren arteriellen Drucks in Kapillaren und Venolen viel geringer sind als in den präkapillaren Arteriolen (siehe Abbildung 5.26). In den Kapillaren (mit einem Durchmesser von 5 bis 10 μm) sinkt der Druck unter normalen Bedingungen von etwa 25 mmHg auf höchstens 20 mmHg. Allerdings ist der Druckgradient, der das Blut in die Kapillaren treibt, relativ groß, so dass die Blutbewegung durch diese Gefäße effizient ist. Im venösen Kreislauf sinkt der Druck kontinuierlich (bis auf etwa 0 mmHg im rechten Vorhof), aber auch hier ist der Druckabfall viel allmählicher und erstreckt sich über die gesamte Länge des venösen Systems. Daher ist der Druckgradient innerhalb der Venen/des venösen Systems viel geringer. In postkapillaren Venolen (Durchmesser bis zu 50 μm) beträgt der Druck unter normalen Bedingungen nicht mehr als 15 mmHg.
Um die Diskussion über den Druckgradienten in mikrovaskulären Betten fortzusetzen, ist der Druckgradient in kleinen Kapillarsegmenten (100-300 μm Länge) etwa achtmal höher als in Arteriolen und Venolen (etwa 2000 μm Länge, etwa 40 μm Durchmesser). Bei Metarteriolen und postkapillaren Venolen (etwa 15 μm Durchmesser) beträgt der Druckgradient 50 % des Druckgradienten in den Kapillaren. Dies deutet darauf hin, dass der Fluss in die Kapillaren geleitet wird und sich dann verlangsamt, um genügend Zeit für den Nährstoffaustausch zu haben. Es sei daran erinnert, dass der Gradient zwar groß sein kann, der Fluss jedoch in viele kleine Kapillaren umgeleitet wird, um das gesamte Gefäßbett zu perfundieren.
Die Druckschwankungen in mikrovaskulären Betten unter hypertensiven und hypotensiven Bedingungen wurden ebenfalls untersucht. Interessanterweise entsprachen der mittlere hydrostatische Druck in den Kapillaren sowie der Druckgradient über die Kapillaren unter beiden Bedingungen denen unter normalen Bedingungen. Auch der Druck (hydrostatischer Druck und Druckgradient) in den postkapillären Venolen war unter diesen Bedingungen derselbe wie unter normalen Bedingungen. Die größte Veränderung wurde in den arteriolären Gefäßen beobachtet, wo der Druckgradient unter hypertensiven Bedingungen signifikant höher und unter hypotensiven Bedingungen signifikant niedriger war. Dies deutet darauf hin, dass die Metarteriolen (und die präkapillaren Schließmuskeln) den kapillaren Blutfluss regulieren, um ihn auf dem normalen Niveau zu halten, so dass der Nährstoffaustausch auf einem optimalen Niveau gehalten wird. Dies deutet auch darauf hin, dass das Kreislaufsystem darauf ausgelegt ist, einen konstanten Fluss durch die Mikrozirkulation aufrechtzuerhalten, unabhängig vom mittleren arteriellen Druck. Dies ist ziemlich bedeutsam und kann als Mechanismus zur Dämpfung von Druckschwankungen vor dem Ort des Austauschs innerhalb des Gefäßsystems betrachtet werden.
Die letzte große Druckschwankung in den mikrovaskulären Betten beruht auf den zeitlichen Veränderungen durch den Herzdruckimpuls und die Wellenausbreitung im Gefäßsystem. Die bisher diskutierten Druckwerte wurden über den gesamten Herzzyklus gemittelt, indem mehrere Messungen während des gesamten Herzzyklus vorgenommen wurden. Während des Herzzyklus ändert sich jedoch der hydrostatische Druck in den mikrovaskulären Betten und schwankt in der Größenordnung von 2 mmHg. Wir haben bereits festgestellt, dass der hydrostatische Druck in den Kapillaren etwa 25 mmHg beträgt. Das bedeutet, dass der Druck während des Herzzyklus zwischen etwa 24 und 26 mmHg schwankt. Diese zeitlichen Veränderungen sind im Vergleich zu dem relativ stabilen Druckgradienten in den Blutgefäßen nicht sehr bedeutend. Die meisten der in diesem Abschnitt besprochenen Daten wurden von B. Zweifach und seiner Forschungsgruppe in den 1970er Jahren gesammelt.